天文学家发现了一种确定宇宙当前膨胀速率的新方法，称为哈勃常数。最近一篇关于arXiv的论文，并被英国皇家天文学会的每月通知接受发表，描述了一种使用X射线观测遥远星系中心的超大质量黑洞的方法，这些超大质量黑洞正在吞噬大量的气体，称为活动星系核。这可以解决两种现有方法之间正在进行的争论，这两种方法在宇宙年龄上存在超过十亿年的分歧。
艺术家对围绕超大质量黑洞运行的物质吸积盘的印象。X射线照射在吸积盘上，然后根据与黑洞的距离在不同时间重新出现不同的颜色（能量）。这可以用来测量吸积盘的亮度，这让天文学家可以根据物体的亮度来估计到物体的距离。图片来源：菲利波·布兰比拉
宇宙开始于大爆炸，此后一直在膨胀，但不是以恒定的速度。哈勃常数是今天的膨胀率。由于宇宙中的每个点都远离其他每个点，因此更遥远的星系彼此远离的速度更快。想象一下，当气球膨胀时，画在气球上是彼此远离的点。我们可以测量其他星系从光的红移中远离我们的速度，但是测量到星系的距离是非常困难的。传统的方法是寻找特定种类的超新星爆炸。由于这些超新星以已知的亮度发光，因此可以从它们在地球上看起来有多微弱来推断距离。测量哈勃常数的另一种标准方法是完全不同的：它涉及对大爆炸辐射余辉的理论建模。问题在于，超新星表明宇宙膨胀的速度比余辉辐射的建模速度要快。膨胀可以在时间上向后推断，以计算出宇宙何时开始。超新星意味着这是不到130亿年前的事了，而大爆炸余辉模型意味着它是近140亿年前的！
有些东西必须给予。这可能只是超新星实际上比目前想象得更亮一些，并且看起来如此微弱，因为它们更遥远。或者可能是宇宙的标准宇宙学模型缺少了物理学的一个重要部分。测量哈勃常数的新方法对于在这两种可能性之间做出决定至关重要。
论文中表明，我们可以通过确定到超大质量黑洞的距离来测量哈勃常数。在包含它们的活动星系核中，物质在圆盘中螺旋向黑洞。非常靠近黑洞，这种物质变得如此之热，以至于它在X射线中发出非常明亮的光芒。这些X射线照射在圆盘的其余部分，并加热它。这项新研究开发了一种测量圆盘温度的方法，从而将其用作测量X射线发射区域真实亮度的传感器。一旦我们知道了真实的亮度，我们就可以测量从地球上看X射线的微弱程度的距离。
作者表明，两个轨道X射线天文台，欧洲航天局的XMM-Newton和NASA的NuSTAR已经收集的大量数据可以重新用于测量哈勃常数，具有足够的精度来决定这两种方法中哪一种是正确的。正是这两个望远镜的组合使圆盘温度测量成为可能。NuSTAR检测从圆盘中的自由电子散射出的高能X射线，XMM检测被圆盘中的原子吸收并重新发射的较低能量的X射线。通过比较这两个过程可以推断出圆盘的温度。NuSTAR也至关重要，因为它经过了很好的校准：X射线望远镜的工作原理是计算有多少X射线光子击中探测器，但有些光子只是直接穿过探测器而不被计数。NuSTAR探测器非常容易理解，这意味着我们知道X射线光子的哪一部分比任何其他目前活跃的X射线天文台更准确地通过它们。这使我们能够计算出来自每个遥远黑洞的X射线信号到底有多暗淡。
发表这篇论文的主要作者Adam Ingram博士评论说：“因为我们的新方法完全独立于所有其他方法，它为我们提供了一种方法来确定是否需要一种新的理论来解释宇宙的历史。这项工作现在开始，通过分析所有这些观察结果来实际进行测量”。
